CN108647444A

CN108647444A - 一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法

Info

Publication number: CN108647444A
Application number: CN201810451003.5A
Authority: CN
Inventors: 黎丛兵; 黎审非; 曾宏勋; 练恒乐; 黎丛焕
Original assignee: SHANGHAI SINOTEST MEASUREMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SINOTEST MEASUREMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2018-10-12

Abstract

本发明公开了一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法，首先将待测电池放入电池燃烧试验机中，进行耐燃性分析，然后统计影响测量结果的各项不确定度分量：燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁，火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂，火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃，火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄，之后计算合成标准不确定度和扩展不确定度U＝k·u_c(k＝2)。本发明对电池燃烧试验机的各项不确定度分量进行全面量化的分析，为评价电池燃烧试验机测量结果的可靠性提供了一种科学、完整、准确的评定方法，填补了关于如何评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的空白。

Description

一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法

技术领域

本发明设计属于计算测量与统计领域，具体涉及一种电池燃烧试验机测量结果不确定度的评定方法。

背景技术

近年来随着电池在生活中的普及应用，电池的使用安全越来越受到社会的关注。电池在滥用的条件下(加热、过充、过放、短路、振动、挤压等)，可能会引起燃烧甚至爆炸现象，一旦发生燃烧或者爆炸事故就可能会导致火灾、人身伤害事故等严重事件。美国阿贡国家实验室能量存储实验中心主管George Crabtree指出，“有几件危险的事情可能发生，其中一件是过度充电，这会导致发热，进而导致阳极发生多余的化学反应”，这个问题在放电的时候也会发生，阴极包含氧化物，氧化物能够与电解质中的有机材料结合，然后产生热量。混有杂质的“劣质”电池也有可能导致预想不到的后果。我们相关检定规程UL1642《安全标准——喷射试验》、UL2054‐2005《安全标准——喷射试验》、UL1642‐2005《燃烧颗粒试验、抛射体试验》、UL2054‐2005《燃烧颗粒试验、抛射体试验》、SJ/T11170‐1998《家用及商用电池标准——电池外壳燃烧颗试验、抛射体试验》、SJ/T11169‐1998《锂电池标准——用户可更换电池试验—燃烧颗粒试验、抛射体试验》、GB 8897.4‐2002《原电池第4部分锂电池的安全要求试验方法》中均要求对电池的耐热性进行检测。因此电池在出厂前必须进行抽样燃烧试验，检测电池的耐热性能，以避免日后电池在使用过程中发生燃烧、爆炸等事故，造成不必要的损害。

由于影响电池燃烧试验机测量结果不确定度的因素较多，针对其准确性、重复性等重要技术指标并没有相应的检测手段，无法保证及评价其分析结果是否具有可靠性，必须通过不确定度评估，根据不确定度评估结果判断准确与否。且CNAS—CL01:2006《检测和校准实验室能力认可准则》要求具有测量功能的检测设备，能够提供所需的测量不确定度【1】。

测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数【2】。市面上的电池燃烧试验机的应用厂家众多，各厂家使用的电池燃烧试验机的生产厂家不同、规格不同、使用条件不同、操作人员的技术也不同，这些差异都会导致分析结果的差异。

现有技术中公开了一种激光粒度分析仪测量结果不确定度评定方法【3】，该方法包括以下步骤：(1)选取三个粒度不同的国家微粒标准物质，用激光粒度分析仪进行粒度分析；(2)统计影响测量结果的各项不确定度分量，由偶然误差引起的不确定度U₁；由仪器系统误差引起的不确定度U₂；由标准物质引入的不确定度U₃；由激光粒度分析仪中的传感器布局引起的不确定度U₄；(3)进行不确定度分析。但是该方法对测量结果的不确定度计算精确度并不高，而且该方法仅针对于激光粒度分析仪，所以该方法并不能适用于电池燃烧试验机测量结果不确定度的评定，对于两种不同的仪器来说，影响测试结果的参量并不相同，因此现有技术的方法具有一定局限性，而目前仍没有关于电池燃烧试验机的不确定度评估方法。为解决这一问题，本专利提出了一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法。

参考资料：

1.CNAS—CL01:2006《检测和校准实验室能力认可准则》

2.《JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示》

3.专利申请号：201610178470.6

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种科学、完整、准确的电池燃烧试验机测定结果不确定度的评定方法。

本发明所述的一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.将待测电池放入电池燃烧试验机中，进行耐燃性分析，

2.统计影响测量结果的各项不确定度分量，具体为：

1)燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁，该部分包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁和卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂；

1.1)数学模型

Δl＝l-l_b

式中：Δl----示值误差；l--标称值；l_b----数显卡尺显示值；

1.2)灵敏系数

由于各项彼此之间独立，各不相关，

j为影响测量结果的不确定度分量的个数，为灵敏系数，在非工程上的问题中，取值均为1，即

1.3)燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁的各分量的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁由下述方法所得：

对电池燃烧试验机的活塞直径进行n次等精度的重复测量，得到单次实验标准差s：

l_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，可得到u₁₁＝s；

卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂为：

Δl为示值误差，该误差数值根据所选取的卡尺的鉴定证书和仪器说明书确定，k为包含因子，

1.4)计算由燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁为：

各输入量之间互不相关，因此

1.5)计算由燃烧器内径测量引起的扩展不确定度U₁：

U₁＝k·u₁，(k＝2)。

2)火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂，该部分包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁和秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂；

2.1)数学模型

Δt＝t-t_b

式中：Δt----示值误差；t--标称值；t_b----电子秒表显示值；

2.2)灵敏系数

由于各项彼此之间独立，各不相关

2.3)火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂的各分量的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁由下述方法所得：

火焰施加t秒，进行n次等精度重复测量得到单次实验标准差s：

t_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，在重复性条件下连续实验m次，s₁,s₂,…,s_m分别为每次实验的标准差，可得到

秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂为：

Δt为示值误差，该误差数值根据所选取的秒表的鉴定证书和仪器说明书确定，k为包含因子，k＝2；

2.4)计算由火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂为：

各输入量之间互不相关，因此

2.5)计算由火焰施加时间的校准引起的扩展不确定度U₂：

U₂＝k·u₂，(k＝2)。

3)火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃，该部分包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁和秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂；

3.1)数学模型

Δt＝t-t_b

式中：Δt----示值误差；t--标称值；t_b----电子秒表显示值；

3.2)灵敏系数

由于各项彼此之间独立，各不相关

3.3)火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃的各分量的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁由下述方法测得：

对火焰续燃时间进行n次等精度重复测量得到单次实验标准差s：

秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂为：

3.4)计算由火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃为：

各输入量之间互不相关，因此

3.5)计算由火焰续燃时间的测定引起的扩展不确定度U₃：

U₃＝k·u₃，(k＝2)。

4)火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄，该部分包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁和标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂；

4.1)数学模型

Δh＝h-h_b

式中：Δh----示值误差；h---标称值；h_b----标准块示值；

4.2)灵敏系数

由于各项彼此之间独立，各不相关

4.3)火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄的各分量的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁由下述方法测得：

对火焰高度h进行n次等精度重复测量，得到单次实验标准差s：

h_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，在重复性条件下连续实验m次，s₁,s₂,…,s_m分别为每次实验的标准差，可得到

标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂为：

Δh为示值误差，该误差数值根据所选取的标准块的精度确定，k为包含因子，k＝2；

4.4)计算火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄为：

各输入量之间互不相关，因此

4.5)计算火焰高度的测量引起的扩展不确定度U₃：

U₄＝k·u₄，(k＝2)。

3.计算合成标准不确定度u_c：

4.计算扩展不确定度U：U＝k·u_c，k为包含因子，k＝2。

电池燃烧试验机的计量参量主要包括燃烧器内径、火焰施加时间、火焰续燃时间、火焰高度四个部分。因此，评定电池燃烧试验机测量能力需从这四个部分入手，评定其不确定度分量。虽然现在电池厂家巨多，需要用到电池燃烧试验机的情况也很多，但是目前国内外对于电池燃烧试验机的测量结果不确定度并没有形成一套完整、科学、准确的评定方法。

本发明通过理论分析以及对具体实施例测量结果的评定，建立了评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法，使得对市面上的电池燃烧试验机的测验能力进行了可量化的处理，即能直接从数据上看出电池燃烧试验机测量结果的精准度，从而解决了之前不能对电池燃烧试验机测量结果不确定度进行完整、科学、准确评定的问题。通过解决电池燃烧试验机测量结果不确定度的问题，进一步提高了电池制造技术水平和质量控制水平，一定程度上减少和避免了生活中因为电池耐热性问题所产生的安全事故的发生。

具体实施方式

为了充分展示本发明所提供的评定方法的科学性、完整性与准确性，现结合实施例进行详细描述，但本发明的保护范围不局限于下述实施例。

实验部分

1.实验器材

电池燃烧试验机；样品电池；数显卡尺；电子秒表；标准块。

2.仪器的计量特性：

试验设备各项技术参数应符合下表1要求。

表1仪器计量性能要求

参量	燃烧器内径	火焰施加时间	火焰续燃时间	火焰高度
					范围	9.5mm	0～999.9s	0～999.9s	(10～75)mm
允差	±0.2mm	±0.1s	±0.1s	±2mm

3.实验前的检查及注意事项：

3.1外观与初步检查

1)仪器应有下列标志：名称、型号、编号、制造厂名、出厂日期。

2)仪器应平稳置于水平无震动需要的位置。各系统均能正常工作，各插件应接触良好。

3)远动部分应平稳，不应有卡滞及突跳。

3.2注意事项

1)电池燃烧喷射及颗粒试验属于高危险性破坏试验，试验人员须完全接受相关安全及应急处理等知识培训，避免危险发生；

2)燃烧设备应放置在过滤通风箱体中，注意废气排放应符合国家环保要求；

3)试验人员必须配戴防烟气呼气器或滤毒呼气器，防止有害气体吸入；

4)燃烧试验前须严格检查燃气管道等各处连接件密封性能；

5)试验设备附近应配备多个消防灭火装置；

6)试验燃烧过程中及本生灯未完全冷却前，禁止触摸样品及炉具丝网。

7)试验完成后，应旋紧关闭所有阀门并做好设备使用记录，以防燃气罐气体外泻；

8)定期检查燃气管道是否损坏，损坏后应停止使用，并更换新的燃气管道。

4.实验条件

仪器检定时环境条件要求如下表2所示。

表2仪器检定时环境条件的要求

校准时不得有强气流影响，周围不应有易燃、易爆和腐蚀性气体。

5.简要实验步骤

将网筛固定在离燃烧器顶端的上方38.1mm，网筛每25.4mm有20个孔眼，钢丝直径0.25mm；将样品电池置于网筛上，点燃燃烧器，同时对电池燃烧情况进行观察，一直到电池爆炸或电池烧毁为止，并对燃烧过程进行计时。其中安全阀朝向平行于石棉布。

结果的处理：爆炸电池没有任何部分穿透网屏，没有部分或全部电池突出网屏，判为合格；否则，不合格。

测量部分

实施例1

实验对象：1号电池燃烧试验机

1.燃烧器内径测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁：

对9.5mm活塞直径进行10次等精度的重复测量，得单次实验标准差u₁₁＝s≈0.016；

卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂：

对量程为300mm，分度值为0.01mm的数显卡尺，其示值误差为±0.04mm，其均匀分布，包含因子为所以其标准不确定度

各输入量互不相关，故燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁为：其扩展不确定度U₁为：U₁＝k·u₁＝0.056，(k＝2)。

2.火焰施加时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁：

火焰施加120s，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差s₁≈0.106,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.060，s₃≈0.059，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂：

由秒表的鉴定证书和仪器说明书确定，秒表引入的误差为0.02s，按照均匀分布，取包含因子k＝2，则

各输入量互不相关，故火焰施加时间测量引起的合成不确定度u₂为：其扩展不确定度U₂为：U₂＝k·u₂＝0.088，(k＝2)。

3.火焰续燃时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁：

对火焰续燃时间，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差s₁≈0.026,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.35，s₃≈0.195，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂：

各输入量互不相关，故火焰续燃时间测量引起的合成不确定度u₃为：其扩展不确定度U₃为：U₃＝k·u₃＝0.1，(k＝2)。

4.火焰高度测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁：

火焰高度75mm，进行10次等精度重复测量，得到10次测量数据列的单次实验标准差s₁≈0.55,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.94，s₃≈0.34，可得到

由所选取的标准块的精度确定，其示值误差为0.001mm，按均匀分布，取包含因子k＝2，则

各输入量互不相关，故火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄为：其扩展不确定度U₄为：U₄＝k·u₄＝0.70，(k＝2)。

5.计算合成标准不确定度u_c：

6.计算扩展不确定度U：U＝k·u_c＝0.714，(k＝2)。

实施例2

实验对象：2号电池燃烧试验机

1.燃烧器内径测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁：

对9.5mm活塞直径进行10次等精度的重复测量，得单次实验标准差u₁₁＝s≈0.022

卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂：

各输入量互不相关，故燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁为：其扩展不确定度U₁为：U₁＝k·u₁＝0.064，(k＝2)。

2.火焰施加时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁：

火焰施加120s，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差s₁≈0.060,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.104，s₃≈0.082，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂：

各输入量互不相关，故火焰施加时间测量引起的合成不确定度u₂为：其扩展不确定度U₂为：U₂＝k·u₂＝0.096，(k＝2)。

3.火焰续燃时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁：

对火焰续燃时间，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差S₁≈0.059,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到S₂≈0.079，S₃≈0.099，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂：

各输入量互不相关，故火焰续燃时间测量引起的合成不确定度u₃为：其扩展不确定度U₃为：U₃＝k·u₃＝0.094，(k＝2)。

4.火焰高度测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁

火焰高度75mm，进行10次等精度重复测量，得到10次测量数据列的单次实验标准差s₁≈0.23,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.18，s₃≈0.22，可得到

标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂：

各输入量互不相关，故火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄为：其扩展不确定度U₄为：U₄＝k·u₄＝0.242，(k＝2)。

5.计算合成标准不确定度u_c：

6.计算扩展不确定度U：U＝k·u_c＝0.284，(k＝2)。

实施例3

实验对象：3号电池燃烧试验机

1.燃烧器内径测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁：

对9.5mm活塞直径进行10次等精度的重复测量，得单次实验标准差u₁₁＝s≈0.020；

卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂：

各输入量互不相关，故燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁为：其扩展不确定度U₁为：U₁＝k·u₁＝0.060，(k＝2)。

2.火焰施加时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁：

火焰施加120s，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差s₁≈0.062,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.057，s₃≈0.097，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂：

各输入量互不相关，故火焰施加时间测量引起的合成不确定度u₂为：其扩展不确定度U₂为：U₂＝k·u₂＝0.086，(k＝2)。

3.火焰续燃时间测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁：

对火焰续燃时间，进行10次等精度的重复测量，得10次测量数据列的单次试验标准差s₁≈0.065,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.089，s₃≈0.101，可得到

数显秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂：

4.火焰高度测量不确定度的评定

测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁

火焰高度75mm，进行10次等精度重复测量，得到10次测量数据列的单次实验标准差s₁≈0.33,在重复性条件下连续再进行2组实验，得到s₂≈0.21，s₃≈0.47，可得到

标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂：

各输入量互不相关，故火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄为：其扩展不确定度U₄为：U₄＝k·u₄＝0.392，(k＝2)。

5.计算合成标准不确定度u_c：

6.计算扩展不确定度U：U＝k·u_c＝0.418，(k＝2)。

Claims

1.一种用于评定电池燃烧试验机测量结果不确定度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待测电池放入电池燃烧试验机中，进行耐燃性分析，

2)统计影响测量结果的各项不确定度分量，具体为：

2.1)燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁，

2.2)火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂，

2.3)火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃，

2.4)火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄，

3)计算合成标准不确定度u_c：

4)计算扩展不确定度U：U＝k·u_c，k为包含因子，k＝2。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.1)中由燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁和卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂，燃烧器内径测量引起的合成不确定度u₁为：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

测量重复性引入的标准不确定度分量u₁₁由下述方法所得：

卡尺示值误差引入的不确定度分量u₁₂为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.2)中由火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁和秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂，火焰施加时间的校准引起的合成不确定度u₂为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

测量重复性引入的标准不确定度分量u₂₁由下述方法所得：

t_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，在重复性条件下连续实验m次，s₁,s₂,…,s_m分别为每次实验的标准差，可得到秒表示值误差引入的不确定度分量u₂₂为：

Δt为示值误差，该误差数值根据所选取的秒表的鉴定证书和仪器说明书确定，k为包含因子，k＝2。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.3)中由火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁和秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂，火焰续燃时间的测定引起的合成不确定度u₃为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

测量重复性引入的标准不确定度分量u₃₁由下述方法测得：

t_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，在重复性条件下连续实验m次，s₁,s₂,…,s_m分别为每次实验的标准差，可得到秒表示值误差引入的不确定度分量u₃₂为：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2.4)中由火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄包含两方面：测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁和标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂，火焰高度的测量引起的合成不确定度u₄为：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

测量重复性引入的标准不确定度分量u₄₁由下述方法测得：

h_i为第i次测量结果，为n次测量结果的平均值，在重复性条件下连续实验m次，s₁,s₂,…,s_m分别为每次实验的标准差，可得到标准块示值误差引入的不确定度分量u₄₂为：

Δh为示值误差，该误差数值根据所选取的标准块的精度确定，k为包含因子，k＝2。